题目
拟设计一常压填料吸收塔,用清水处理3000m3/h、含NH35%(体积)的空气,要求NH3的回收率为99%,取塔底空塔气速为1.1m/s,实际用水量为最小水量的1.5倍。已知塔内操作温度为25℃,平衡关系为y=1.3x,气相体积总传质系数Kya为270kmol/(m3h),试求:⑴用水量和出塔溶液浓度;⑵填料层高度;⑶若入塔水中已含氨0.1%(摩尔分率),所需填料层高度可随意增加,能否达到99%的回收率?(说明理由)。
拟设计一常压填料吸收塔,用清水处理3000m3/h、含NH35%(体积)的空气,要求NH3的回收率为99%,取塔底空塔气速为1.1m/s,实际用水量为最小水量的1.5倍。已知塔内操作温度为25℃,平衡关系为y=1.3x,气相体积总传质系数Kya为270kmol/(m3h),试求:⑴用水量和出塔溶液浓度;⑵填料层高度;⑶若入塔水中已含氨0.1%(摩尔分率),所需填料层高度可随意增加,能否达到99%的回收率?(说明理由)。
题目解答
答案
解:⑴标准状况下,气体的体积流率为G=3000273.15/298.15=2748.45m3/h=122.70kmol/h填料塔的塔截面积A=V/u=(3000/3600)/1.1=0.758m2G=G/A=122.70/0.758=161.87kmol/(m2h)=0.045 kmol/(m2s)Yb=yb/(1-yb)=0.05/(1-0.05)=0.0526ya≈Ya=(1-)Yb=0.0526(1-99%)=5.263104、xb*=yb/m=0.05/1.3=0.0385Xb*=0.0385/(1-0.0385)=0.040 xa=0 Xa=0(L/G)min=(Yb-Ya)/(Xb*-Xa)=(0.0526-5.263104、)/(0.040-0)=1.30L=1.5(L/G)minG=1.51.30122.70=239.27kmol/h=4311.65kg/h=1.2kg/s⑵HOG=G/Kya=161.87/270=0.60mA=L/(Gm)= 1.51.3/1.3=1.50NOG===10.43h=HOGNOG=0.6010.43=6.25m(3)假设填料层高度为无穷大,则填料塔气相出口的组成与液相入口浓度达到了相平衡,则 xa=0.001 ya*=mxa=1.30.001=0.0013Ya*=0.0013/(1-0.0013)≈0.0013气相中氨的最大回收率=1-Ya*/Yb=1-0.0013/0.0526=97.53%所以当入塔水中含氨为0.1%时,氨回收率最大为97.53%,达不到99.0%。
解析
步骤 1：计算气体的体积流率
标准状况下，气体的体积流率为G=3000273.15/298.15=2748.45m3/h=122.70kmol/h。
步骤 2：计算塔截面积
填料塔的塔截面积A=V/u=(3000/3600)/1.1=0.758m2。
步骤 3：计算气相摩尔流率
G=G/A=122.70/0.758=161.87kmol/(m2h)=0.045 kmol/(m2s)。
步骤 4：计算气相入口和出口的摩尔分率
Yb=yb/(1-yb)=0.05/(1-0.05)=0.0526，ya≈Ya=(1-)Yb=0.0526(1-99%)=5.263104、。
步骤 5：计算液相入口和出口的摩尔分率
xb*=yb/m=0.05/1.3=0.0385，Xb*=0.0385/(1-0.0385)=0.040，xa=0，Xa=0。
步骤 6：计算最小液气比
(L/G)min=(Yb-Ya)/(Xb*-Xa)=(0.0526-5.263104、)/(0.040-0)=1.30。
步骤 7：计算实际液气比
L=1.5(L/G)minG=1.51.30122.70=239.27kmol/h=4311.65kg/h=1.2kg/s。
步骤 8：计算填料层高度
HOG=G/Kya=161.87/270=0.60m，A=L/(Gm)= 1.51.3/1.3=1.50，NOG===10.43，h=HOGNOG=0.6010.43=6.25m。
步骤 9：计算入塔水中含氨0.1%时的回收率
假设填料层高度为无穷大，气相出口的组成与液相入口浓度达到了相平衡，xa=0.001，ya*=mxa=1.30.001=0.0013，Ya*=0.0013/(1-0.0013)≈0.0013，气相中氨的最大回收率=1-Ya*/Yb=1-0.0013/0.0526=97.53%。
标准状况下，气体的体积流率为G=3000273.15/298.15=2748.45m3/h=122.70kmol/h。
步骤 2：计算塔截面积
填料塔的塔截面积A=V/u=(3000/3600)/1.1=0.758m2。
步骤 3：计算气相摩尔流率
G=G/A=122.70/0.758=161.87kmol/(m2h)=0.045 kmol/(m2s)。
步骤 4：计算气相入口和出口的摩尔分率
Yb=yb/(1-yb)=0.05/(1-0.05)=0.0526，ya≈Ya=(1-)Yb=0.0526(1-99%)=5.263104、。
步骤 5：计算液相入口和出口的摩尔分率
xb*=yb/m=0.05/1.3=0.0385，Xb*=0.0385/(1-0.0385)=0.040，xa=0，Xa=0。
步骤 6：计算最小液气比
(L/G)min=(Yb-Ya)/(Xb*-Xa)=(0.0526-5.263104、)/(0.040-0)=1.30。
步骤 7：计算实际液气比
L=1.5(L/G)minG=1.51.30122.70=239.27kmol/h=4311.65kg/h=1.2kg/s。
步骤 8：计算填料层高度
HOG=G/Kya=161.87/270=0.60m，A=L/(Gm)= 1.51.3/1.3=1.50，NOG===10.43，h=HOGNOG=0.6010.43=6.25m。
步骤 9：计算入塔水中含氨0.1%时的回收率
假设填料层高度为无穷大，气相出口的组成与液相入口浓度达到了相平衡，xa=0.001，ya*=mxa=1.30.001=0.0013，Ya*=0.0013/(1-0.0013)≈0.0013，气相中氨的最大回收率=1-Ya*/Yb=1-0.0013/0.0526=97.53%。